一种碳纤维半轴及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种碳纤维半轴及其制备方法，该半轴由碳纤维轴管及球销万向节总成组成；其中，所述球销万向节总成包括球销支架、滚针、球环、挡环及卡簧；所述球销支架一端固定在所述碳纤维轴管上，球销支架另一端沿着周向方向均匀分布有销轴，每个销轴与球销支架连接端上均设有凸台，所述凸台的直径大于所述球环的内径；所述销轴另一端沿着周向方向上设有卡簧槽；所述滚针轴承嵌入在球环内，滚针轴承连同球环整体装配在所述销轴上；所述销轴上再装配挡环，通过将卡簧卡合在所述卡簧槽内予以限位。该半轴结构简单，安全系数高、使用寿命长、质量轻，解决了传统半轴笨重、易失效、制作工序繁琐的难题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及汽车传动装置
，具体涉及一种碳纤维半轴。
技术介绍
现有技术中在生产时传统半轴一般采用实心钢棒经机加工，端部滚花键，经热处理，最后装配内花键三球销万向节，轴向卡簧得到。然而，传统半轴重量较大，生产工序繁琐，且三球销万向节与花键配合精度难以保证，存在间隙，端部花键易受冲击，易疲劳受损而断裂，无法满足工作条件甚至发生危险。碳纤维作为一种比强度高、比刚度大的新型纤维材料，还具有许多优越性能，例如：密度低、无蠕变、非氧化环境下耐高温、耐疲劳性、耐腐蚀等。然而，碳纤维材料在汽车领域中与其他金属零部件之间的固定一直是难以解决的问题。因此，有必要找到一种连接方式，使碳纤维材料能够在汽车领域被广泛应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种安全系数高、使用寿命长、质量轻的新型碳纤维半轴，从而解决传统半轴笨重、易失效、制作工序繁琐的技术问题，找到了胶粘固定方式，确定其胶粘间隙、胶粘长度，从而获得极限强度高的碳纤维半轴。为实现上述目的，本专利技术所述技术方案是这样实现的：该半轴由碳纤维轴管及球销万向节总成两部分组成；其中，所述球销万向节总成包括球销支架、滚针、球环、挡环及卡簧；所述球销支架一端为插接端，所述插接端套设在所述碳纤维轴管上，球销支架另一端沿着周向方向均匀分布有销轴，每个销轴与球销支架连接端上均设有凸台，所述凸台的直径大于所述球环的内径；所述销轴另一端沿着周向方向上设有卡簧槽；所述滚针轴承嵌入在球环内，滚针轴承连同球环整体装配在所述销轴上，所述销轴与滚针、球环配合，组成轴承万向节；所述销轴上再装配挡环，通过将卡簧卡合在所述卡簧槽内予以限位。其中，所述球环的内表面为圆柱面；所述销轴与滚针装配时为间隙配合，所述滚针与所述球环装配时为间隙配合。为更进一步减轻半轴整体重量，减小转动惯量，所述销轴内还设有减重孔，所述减重孔孔深不超过凸台界面。所述球销支架上的销轴为三个及以上；所述卡簧槽到销轴端面距离为1mm。本专利技术所述半轴上碳纤维轴管的圆柱度尽量小，端面要求平整；球销支架轴端的圆柱度要好,所述球销支架与碳纤维轴管的连接端与球销支架上安装有销轴端圆角平滑过渡均匀，无尖角，且应保证球销支架上平滑过渡处不与球环发生干涉；这样能使其能够更加平稳、精确的传递运动和转矩，实现一定角位移和轴向位移等复杂工况下均可传递运动和转矩。在本专利技术的半轴中,所述球环的内表面的球心位于所述球环的厚度方向上的均分平面上。本专利技术所述球销万向节总成通过胶水粘结固定在所述碳纤维轴管的两端，胶粘时，胶粘间隙、胶粘长度以及表面处理对整体碳纤维半轴的性能影响较大。下面通过以下实验进行对比：一、等效拉伸实验测试一实验稳定条件:碳纤管内径17mm、温度25℃、胶粘间隙0.2mm、胶粘长度37.5mm。实验可变条件:胶粘面表面处理。表一表面处理方式对碳纤维半轴极限拉力的影响表面处理状态平均极限拉力/kN表面粗糙处理36.33表面滚花处理21.65根据以上数据，表面粗糙处理相较于滚花处理能够提供更大的极限拉力。根据分析，表面滚花导致固化的胶水表面被破坏，从而无法提供足够的胶粘强度。结果表明，表面粗糙处理更加合理。测试二实验稳定条件:碳纤管内径17mm、温度25℃、胶粘间隙0.2mm、表面粗糙处理。实验可变条件:胶粘长度。表二不同的胶粘长度对碳纤维半轴极限拉力的影响序号1234567胶粘长度/mm15253545556570平均极限拉力/kN20.1127.1236.3347.3255.4555.3055.45以上的实验数据证明胶粘长度超过55mm，平均极限拉力将保持平稳，无明显增长。测试三实验稳定条件:碳纤管内径17mm、温度25℃、胶粘长度37.5mm、表面粗糙处理。实验可变条件:胶粘间隙。表三不同的胶粘间隙对碳纤维半轴极限拉力的影响序号123456胶粘间隙/mm0.050.100.150.200.250.30平均极限拉力/kN20.3323.7530.0036.3336.3034.00以上的实验数据证明0.2mm的间隙能够提供较大的极限拉力，所以我们选择0.2mm的间隙。二、等效扭转实验表四等效扭转方程根据如上方程，等效测试方案如下：在拉伸实验中，已经确认了胶水类型(乐泰460结构胶)、表面处理、胶粘方式，所以主要的关注点在于胶粘长度和胶粘间隙。测试四实验稳定条件:碳纤管内径17mm、温度25℃、胶粘间隙0.2mm表面粗糙处理。实验可变条件:胶粘长度。表五不同的胶粘长度对碳纤维半轴极限扭矩的影响序号12345胶粘长度/mm3545556575平均极限扭矩/Nm60.365.57176.378表五显示：极限扭矩与胶粘长度并不成比例。所以改变了等效方程以得到更准确的数据。表六改变后的等效方程现在，我们选择17mm内径和55mm胶粘长度作为实验件进行实验。测试五实验稳定条件:碳纤管内径17mm、温度25℃、胶粘长度55mm、表面粗糙处理。实验可变条件:胶粘间隙。表七不同的胶粘间隙对碳纤维半轴极限扭矩的影响序号1234567胶粘间隙/mm0.050.100.150.200.250.300.35平均极限扭矩/Nm65.567.369.171.069.069.070.0与拉伸实验一致，0.2mm的胶粘间隙能够提供最大的扭矩。最终，我们确定使用0.2mm胶粘间隙、55mm胶粘长度以及表面粗糙处理的方式。附图说明图1为传统半轴剖视图。图2为本专利技术所述半轴的立体结构示意图。图3为本专利技术所述球销万向节总成的放大图。图4为本专利技术所述球销万向节总成的爆炸图。图5为本专利技术所述球销万向节总成的剖视图。本专利技术的优点和积极效果：(1)本专利技术所述半轴省去内外花键结构，通过采用空心碳纤维轴管，碳纤维轴管使其具有更轻的重量、更高的安全系数、更小的转动惯量、更好的加速性，节约动力、延长使用寿命，并且避免了花键疲劳断裂引起的失效。(2)本专利技术所述半轴与传统的半轴相比将消除轴端花键、卡簧槽以及球销万向节内花键等结构,简化了的半轴加工、装配过程，结构更加简单、可靠。(3)本专利技术通过对球销万向节总成进行表面粗糙处理，准确控制碳纤维半轴与球销万向节总成胶粘过程中的胶粘间隙及胶粘长度，使碳纤维半轴具有较高的极限拉力，足以满足使用要求。具体实施方式为使本领域技术人员更加清楚、明白本专利技术所述技术方案及其优点和特征，下面结合附图对本专利技术做详细描述。参阅图2，本专利技术所述半轴由碳纤维轴管1及球销万向节总成2两部分组成，所述球销万向节总成2通过结构胶水粘结固定在所述碳纤维轴管1的两端。确定两者间0.2mm胶粘间隙、54mm胶粘长度以及表面粗糙处理。参阅图3、图4、图5，所述球销万向节总成2包括球销支架3、滚针轴承4、球环5、挡环6、卡簧7；其中，所述球销支架3一端为插接端35，所述插接端35套设在所述碳纤维轴管1上，球销支架3另一端沿着周向方向均匀分布有三个销轴31，每个销轴31与球销支架3连接端上均设有凸台32，所述凸台32的直径大于所述球环5的内径；所述销轴31另一端沿着周向方向上设有卡簧槽33，卡簧槽33到销轴31端面距离为1mm；所述滚针轴承4嵌入在球环5内，滚针轴承4连同球环5整体再装配到所述销轴31上，所述销轴31与滚针轴承4、球环5配合，组成轴承万向节；所述销轴31上再装本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纤维半轴，其特征在于：该半轴由碳纤维轴管及球销万向节总成两部分组成；其中，所述球销万向节总成包括球销支架、滚针、球环、挡环及卡簧；所述球销支架一端为插接端，所述插接端套设在所述碳纤维轴管上，球销支架另一端沿着周向方向均匀分布有销轴，每个销轴与球销支架连接端上均设有凸台，所述凸台的直径大于所述球环的内径；所述销轴另一端沿着周向方向上设有卡簧槽；所述滚针轴承嵌入在球环内，滚针轴承连同球环整体装配在所述销轴上，所述销轴与滚针、球环配合，组成轴承万向节；所述销轴上再装配挡环，通过将卡簧卡合在所述卡簧槽内予以限位。

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维半轴，其特征在于：该半轴由碳纤维轴管及球销万向节总成两部分组成；其中，所述球销万向节总成包括球销支架、滚针、球环、挡环及卡簧；所述球销支架一端为插接端，所述插接端套设在所述碳纤维轴管上，球销支架另一端沿着周向方向均匀分布有销轴，每个销轴与球销支架连接端上均设有凸台，所述凸台的直径大于所述球环的内径；所述销轴另一端沿着周向方向上设有卡簧槽；所述滚针轴承嵌入在球环内，滚针轴承连同球环整体装配在所述销轴上，所述销轴与滚针、球环配合，组成轴承万向节；所述销轴上再装配挡环，通过将卡簧卡合在所述卡簧槽内予以限位。2.根据权利要求1所述的一种碳纤维半轴，其特征在于：所述球环的内表面为圆柱面；所述销轴与滚针装配时为间隙配合，所述滚针与所述球环装配时为间隙配合。3.根据权利要求1或2所述的一种碳纤维半轴，其特征在于：所述销轴内还设有减重孔，所述减重孔孔深不超过凸台界面。4.根据权利要求1或2所述的一种碳纤维半轴，其特征在于：所述球销支架上的销轴至少为三个；所述卡簧槽到销轴端面距离为1mm。5.根据权利要求1或2所述的一种碳纤维半轴，其特征在于：所述球销支架与轴管的连接端与球销支架上安装有销轴端圆角平滑过渡均匀，无尖角，...

【专利技术属性】
技术研发人员：马芳武，魏佳宝，蒲永锋，杨猛，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22